一种柔软抗菌无纺布及其制备方法
阅读说明：本技术 一种柔软抗菌无纺布及其制备方法 (Soft antibacterial non-woven fabric and preparation method thereof ) 是由 杨春云 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于纺织面料技术领域,具体涉及一种柔软抗菌无纺布及其制备方法。本发明研制的产品,包括无纺布纤维、柠檬酸和抗菌金属离子；所述抗菌金属离子被柠檬酸螯合吸附；所述无纺布纤维为多孔无纺布纤维,所述多孔无纺布纤维的孔隙为通孔结构,以使所述柠檬酸分布于所述孔隙中,并可与外部接触。另外,在所述孔隙与所述柠檬酸之间,填充有聚多巴胺中间层；并且4、所述无纺布纤维中,包括以下重量份数的不同尺寸无纺布纤维：20-40份长度为3-5cm,长径比为20：1-30：1的1#无纺布纤维；30-40份长度为300-500μm,长径比为10：1-15：1的2#无纺布纤维；还包括无纺布纤维质量3-5％的热塑性弹性体TPE。(The invention belongs to the technical field of textile fabrics, and particularly relates to a soft antibacterial non-woven fabric and a preparation method thereof. The product developed by the invention comprises non-woven fabric fibers, citric acid and antibacterial metal ions; the antibacterial metal ions are chelated and adsorbed by citric acid; the non-woven fabric fibers are porous non-woven fabric fibers, and pores of the porous non-woven fabric fibers are in a through hole structure, so that the citric acid is distributed in the pores and can be in contact with the outside. In addition, between the pores and the citric acid, a polydopamine intermediate layer is filled; and 4, the non-woven fabric fibers comprise the following non-woven fabric fibers with different sizes in parts by weight: 20-40 parts of a material with the length of 3-5cm, the length-diameter ratio of 20: 1-30: 1# nonwoven fiber; 30-40 parts of a material with the length of 300-500 mu m, the length-diameter ratio of 10: 1-15: 1# 2 nonwoven fiber; and the thermoplastic elastomer TPE accounts for 3-5% of the mass of the fibers of the non-woven fabric.)
技术领域
本发明属于纺织面料技术领域。更具体地，涉及一种柔软抗菌无纺布及其制备方法。
背景技术
发展抗菌、抗病毒的无纺布及化纤产品是满足消费者对产品性能不断提高的要求，同时也是企业获得较高产品附加值、提高产品竞争力、扩展市场空间的需要。
抗菌材料中的核心成分是抗菌剂。根据化学组成，抗苗剂大致可分为无机、有机和天然三大类。天然和有机抗菌剂属于化学灭菌法，无机抗菌剂属于物理灭菌法。有机抗菌剂具有杀菌速度快、抗菌范围广等优点，但也存在耐热性差、易渗出、溶出物有毒性、不耐洗涤、使用寿命短、容易产生耐药性等问题。无机抗菌剂的安全性、耐热性、耐久性较好，不足之处在于价格较高和抗菌的迟效性，不能像有机抗菌剂那样能迅速杀死细菌，而且对真菌、霉菌几乎没有抑制效果。另外，无机抗菌粉体与高分子材料相容性差，在基体树脂中易十团聚，会给材料的纺丝、拉膜等加下带来很大困难。抗菌剂按释放形式可分为可溶出型和非溶出型，二者各具优势。分子组装抗菌技术综合二者的优势，将具有高效广谱抗菌活性、对人体安全无毒，长效的抗菌功能团，通过化学反应组装到基体树脂的分子链上，从而得到抗菌母料，能够很方便地应用于无纺布和化纤等生产领域。
一般细菌和真菌的细胞膜或细胞壁均含有带负电的蛋白质，而组装上去的抗菌功能团带有正电，因为库仑力的作用而吸附到微生物细胞上，影响细胞正常的呼吸和代谢功能；或造成细胞膜(壁)破裂，内容物流出，从而杀死微生物，达到抗菌的目的。因为电荷环境是细菌、真菌生长与繁殖的基础，就如同空气与水对人体一样，缺乏这一环境，细菌与真菌都要死亡，这就是分予组装抗菌化技术具有广谱抗菌性能的原因。但这种电荷的物理作用对人体没有任何影响，从而保证了使用的安全性。再者，由于抗菌功能团是通过化学键与基体高分子材料相连，不仅进一步保证了使用的安全性，而且也保证了抗菌效果的长效性。
然而，由于抗菌功能团在实际使用过程中，容易与细菌菌体或者外界环境中的灰尘杂质等吸附，从而在表层形成“钝化层”，无法对环境中的细菌起到有效的杀灭效果，需要频繁的进行清理，以维持其杀菌效果，从而影响了产品的广泛使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有抗菌无纺布在实际使用过程中，容易在表面吸附细菌菌体或外界环境中的杂质，从而在表面形成钝化层，无法对环境中细菌起到有效杀灭效果的缺陷和不足，提供一种柔软抗菌无纺布及其制备方法。
本发明的目的是提供一种柔软抗菌无纺布。
本发明另一目的是提供一种柔软抗菌无纺布的制备方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种柔软抗菌无纺布，包括无纺布纤维、柠檬酸和抗菌金属离子；
所述抗菌金属离子被柠檬酸螯合吸附；
所述无纺布纤维为多孔无纺布纤维，所述多孔无纺布纤维的孔隙为通孔结构，以使所述柠檬酸分布于所述孔隙中，并可与外部接触。
上述技术方案通过在无纺布纤维中引入螯合吸附有抗菌金属离子的柠檬酸，柠檬酸作为微生物自身呼吸作用过程中，三羧酸循环中的必不可少的原料而参与到细菌的呼吸作用循环中；
首先，柠檬酸本身具有一定的弱抗菌作用，而一旦无纺布表面有细菌吸附，无纺布中吸附的柠檬酸被细菌吸收，并参与到细菌三羧酸循环，从而使无纺布中的柠檬酸被消耗，消耗后，柠檬酸螯合的具有抗菌作用的金属离子释放，从而发挥杀菌效果，又由于三羧酸循环过程中，不仅伴随着柠檬酸的消耗，还会有新的柠檬酸产生，随着柠檬酸的消耗和循环再生，导致细菌菌体在无纺布表面的吸附位点发生变化，死亡后的菌体由于吸附位点变化而又不具备生物活性而从无纺布表面脱落，新生的柠檬酸则继续作为活性组分将具有抗菌作用的金属离子固定于无纺布表面。
优选地，所述抗菌金属离子选自银离子、铜离子或锌离子中的至少一种。
优选地，在所述孔隙与所述柠檬酸之间，填充有聚多巴胺中间层。
上述技术方案通过进一步引入聚多巴胺层，利用聚多巴胺层对无纺布纤维的孔道进行处理，以此提高无纺布孔隙对柠檬酸的吸附固定效果，避免柠檬酸在产品制备、存放和使用过程中过快流失。
优选地，所述无纺布纤维中，包括以下重量份数的不同尺寸无纺布纤维：
20-40份长度为3-5cm，长径比为20：1-30：1的1#无纺布纤维；
30-40份长度为300-500μm，长径比为10：1-15：1的2#无纺布纤维。
上述技术方案通过采用不同规格的无纺布纤维复配，在同等质量的添加量情况下，相对较小规格的纤维可以获得更大的堆积密度，从而使得抗菌无纺布可以获得相对致密的抗菌层；另外，由于无纺布是纤维是纤维无序堆积而成，长纤维可以保障产品的柔软度和力学性能，长短交错后，短纤维在长纤维间隙中的填充，以此可以提高无纺布表面平面度，减少灰尘堆积。
优选地，还包括无纺布纤维质量3-5％的热塑性弹性体TPE。
一种柔软抗菌无纺布的制备方法，具体制备步骤包括：
多孔无纺布纤维的制备：
将纳米碳酸钙和聚丙烯切片混合后，在螺杆挤出机中挤出，得共混纤维；再将共混纤维浸泡于盐酸溶液中，超声浸渍后，过滤，洗涤和干燥，得多孔无纺布纤维；
多孔无纺布纤维的改性处理：
将多孔无纺布纤维浸泡于多巴胺溶液中，将溶液pH调至7.2-7.5，并向溶液中通入空气，超声浸渍反应后，将多孔无纺布纤维取出，干燥，得预处理多孔无纺布纤维；
将柠檬酸和抗菌金属盐溶液混合溶解，再加入预处理多孔无纺布纤维，超声浸渍后，过滤，干燥，得改性多孔无纺布纤维。
优选地，所述抗菌金属盐选自硝酸银、硫酸铜、氯化铜、硝酸铜、硫酸锌、氯化锌、硝酸锌中的至少一种。
优选地，所述具体制备步骤还包括：在所述无纺布纤维的制备过程中，在所述纳米碳酸钙和聚丙烯切片混合时，添加所述聚丙烯切片质量3-5％的热塑性弹性体TPE。
上述技术方案进一步在产品制备过程中，添加热塑性弹性体，一方面，在产品制备时，随着水分子进入热塑性弹性体中，引起弹性体发生一定程度膨胀，从而使得多孔无纺布纤维孔隙收缩，干燥后，弹性体体积收缩，孔隙中留下一定通道，从而保证了无纺布的吸湿透气性，良好的吸湿透气，意味着无纺布内外具有良好的传质过程，利于抗菌组分的传递，也能从一定程度上改善产品的抗菌持久性。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
多孔无纺布纤维的制备：
按重量份数计，依次取5份纳米碳酸钙，120份聚丙烯切片，以及聚丙烯切片质量3％的热塑性弹性体TPE，加入混料机中，搅拌混合后倒入螺杆挤出机中基础，成型，再筛分出长度分布为3-5cm，长径比分布为20：1-30：1的1#无纺布纤维，以及长度分布为300-500μm，长径比分布为10：1-15：1的2#无纺布纤维，按重量份数计，取20份1#无纺布纤维与30份2#无纺布纤维复配，得共混纤维；
将共混纤维浸泡于质量分数为3％的盐酸溶液中，于超声频率为60kHz条件下，超声浸渍60min后，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为55℃条件下干燥至恒重，得多孔无纺布纤维；
多孔无纺布纤维的改性处理：
将多孔无纺布纤维浸泡于浓度为2g/L的多巴胺溶液中，并将溶液的pH调至7.2，并向溶液中以30mL/min速率通入空气，持续通入10min，并在空气通入的过程中，持续以60kHz频率进行超声处理，随后将多孔无纺布纤维取出，于温度为55℃条件下干燥至恒重，得预处理多孔无纺布纤维；
将柠檬酸和质量分数为3％的抗菌金属盐溶液按质量比为1：10混合溶解，得柠檬酸混合溶液，再将预处理多孔无纺布纤维和柠檬酸混合溶液按质量比为10：1混合后，于超声频率为90kHz条件下，超声浸渍45min，再经过滤，收集滤饼，并将所得滤饼于温度为55℃条件下干燥至恒重，得改性多孔无纺布纤维；所述抗菌金属盐为硝酸银；
将所得改性多孔无纺布纤维通过水刺工艺制备得到柔软抗菌无纺布产品。
实施例2
多孔无纺布纤维的制备：
按重量份数计，依次取8份纳米碳酸钙，130份聚丙烯切片，以及聚丙烯切片质量4％的热塑性弹性体TPE，加入混料机中，搅拌混合后倒入螺杆挤出机中基础，成型，再筛分出长度为3-5cm，长径比为20：1-30：1的1#无纺布纤维，以及长度为300-500μm，长径比为10：1-15：1的2#无纺布纤维，按重量份数计，取30份1#无纺布纤维与35份2#无纺布纤维复配，得共混纤维；
将共混纤维浸泡于质量分数为4％的盐酸溶液中，于超声频率为80kHz条件下，超声浸渍70min后，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼4次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为58℃条件下干燥至恒重，得多孔无纺布纤维；
多孔无纺布纤维的改性处理：
将多孔无纺布纤维浸泡于浓度为3g/L的多巴胺溶液中，并将溶液的pH调至7.4，并向溶液中以40mL/min速率通入空气，持续通入15min，并在空气通入的过程中，持续以80kHz频率进行超声处理，随后将多孔无纺布纤维取出，于温度为58℃条件下干燥至恒重，得预处理多孔无纺布纤维；
将柠檬酸和质量分数为4％的抗菌金属盐溶液按质量比为1：12混合溶解，得柠檬酸混合溶液，再将预处理多孔无纺布纤维和柠檬酸混合溶液按质量比为15：1混合后，于超声频率为100kHz条件下，超声浸渍55min，再经过滤，收集滤饼，并将所得滤饼于温度为58℃条件下干燥至恒重，得改性多孔无纺布纤维；所述抗菌金属盐为硫酸铜；
将所得改性多孔无纺布纤维通过水刺工艺制备得到柔软抗菌无纺布产品。
实施例3
多孔无纺布纤维的制备：
按重量份数计，依次取10份纳米碳酸钙，150份聚丙烯切片，以及聚丙烯切片质量5％的热塑性弹性体TPE，加入混料机中，搅拌混合后倒入螺杆挤出机中基础，成型，再筛分出长度为3-5cm，长径比为20：1-30：1的1#无纺布纤维，以及长度为300-500μm，长径比为10：1-15：1的2#无纺布纤维，按重量份数计，取40份1#无纺布纤维与40份2#无纺布纤维复配，得共混纤维；
将共混纤维浸泡于质量分数为5％的盐酸溶液中，于超声频率为90kHz条件下，超声浸渍80min后，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为60℃条件下干燥至恒重，得多孔无纺布纤维；
多孔无纺布纤维的改性处理：
将多孔无纺布纤维浸泡于浓度为5g/L的多巴胺溶液中，并将溶液的pH调至7.5，并向溶液中以50mL/min速率通入空气，持续通入20min，并在空气通入的过程中，持续以90kHz频率进行超声处理，随后将多孔无纺布纤维取出，于温度为60℃条件下干燥至恒重，得预处理多孔无纺布纤维；
将柠檬酸和质量分数为5％的抗菌金属盐溶液按质量比为1：15混合溶解，得柠檬酸混合溶液，再将预处理多孔无纺布纤维和柠檬酸混合溶液按质量比为20：1混合后，于超声频率为120kHz条件下，超声浸渍60min，再经过滤，收集滤饼，并将所得滤饼于温度为60℃条件下干燥至恒重，得改性多孔无纺布纤维；所述抗菌金属盐为硝酸铜；
将所得改性多孔无纺布纤维通过水刺工艺制备得到柔软抗菌无纺布产品。
实施例4
本实施例和实施例1相比，区别在于：采用等质量的去离子水取代多巴胺溶液，其余条件保持不变。
实施例5
本实施例和实施例1相比，区别在于：未添加热塑性弹性体，其余条件保持不变。
实施例6
多孔无纺布纤维的制备：
按重量份数计，依次取5份纳米碳酸钙，120份聚丙烯切片，以及聚丙烯切片质量3％的热塑性弹性体TPE，加入混料机中，搅拌混合后倒入螺杆挤出机中基础，成型，再筛分出长度分布为3-5cm，长径比分布为20：1-30：1的无纺布纤维，得共混纤维；
将共混纤维浸泡于质量分数为3％的盐酸溶液中，于超声频率为60kHz条件下，超声浸渍60min后，过滤，收集滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为55℃条件下干燥至恒重，得多孔无纺布纤维；
多孔无纺布纤维的改性处理：
将多孔无纺布纤维浸泡于浓度为2g/L的多巴胺溶液中，并将溶液的pH调至7.2，并向溶液中以30mL/min速率通入空气，持续通入10min，并在空气通入的过程中，持续以60kHz频率进行超声处理，随后将多孔无纺布纤维取出，于温度为55℃条件下干燥至恒重，得预处理多孔无纺布纤维；
将柠檬酸和质量分数为3％的抗菌金属盐溶液按质量比为1：10混合溶解，得柠檬酸混合溶液，再将预处理多孔无纺布纤维和柠檬酸混合溶液按质量比为10：1混合后，于超声频率为90kHz条件下，超声浸渍45min，再经过滤，收集滤饼，并将所得滤饼于温度为55℃条件下干燥至恒重，得改性多孔无纺布纤维；所述抗菌金属盐为硝酸银；
将所得改性多孔无纺布纤维通过水刺工艺制备得到柔软抗菌无纺布产品。
对比例1
本对比例和实施例1相比，区别在于：采用等质量的EDTA取代柠檬酸，其余条件保持不变。
对实施例1-6及对比例1产品进行性能测试，具体测试方法和测试结果如下所述；
取浓度为5.6×105cfu/mL的细菌(表皮葡萄球菌AATCC35982、大肠埃希菌)悬液各100mL(细菌终浓度为5.6×104cfu/mL)，均匀涂抹于直径为200mm含营养琼脂的培养皿表面，再分别取上述各个实施例和对比例所得无纺布产品的样片，样片选用6mm直径的圆形样片，将样片置于培养皿表面，于37℃的恒温培养箱中，静置培养36h后，用游标卡尺测量样片周围抑菌圈的直径，具体测试结果如表1所示：
表1：产品性能测试结果
抑菌圈直径
实施例1
15.6mm
实施例2
16.2mm
实施例3
15.9mm
实施例4
14.2mm
实施例5
13.8mm
实施例6
12.9mm
对比例1
8.2mm
由上述测试结果可知，本发明方案具有良好的抑菌效果，可以对环境中细菌起到有效杀灭效果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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